DE102004007209B4 - Circuit arrangement and method for determining the load current by a clocked inductive load applied to a supply voltage - Google Patents
Circuit arrangement and method for determining the load current by a clocked inductive load applied to a supply voltage Download PDFInfo
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Abstract
Schaltungsanordnung
zur Ermittlung des Laststromes durch eine getaktet an eine Versorgungsspannung
(Vbat) angelegte induktive Last (L), wobei die Schaltungsanordnung
folgende Merkmale aufweist:
– eine Strommessimpedanz (30),
die in Reihe zu der induktiven Last (L) anschließbar ist und die eine erste
und zweite Anschlussklemme (31, 32) aufweist,
– einen
Messverstärker
(20) mit einem ersten und zweiten Eingang (21, 22) und einem Ausgang
(23),
– eine
Pegelschieberanordnung (40) mit einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme
(41, 42) und einer ersten und einer zweiten Ausgangsklemme (43,
44), die dazu ausgebildet ist, ein an der ersten Eingangsklemme
(41) anliegendes Potential auf ein um einen vorgegebenen Potentialwert
verschobenes Potential an der ersten Ausgangsklemme (43) abzubilden
und ein an der zweiten Eingangsklemme (42) anliegendes Potential
auf ein um einen vorgegebenen Potentialwert verschobenes Potential
an der zweiten Ausgangsklemme (44) abzubilden,
– erste
Schaltmittel (S1A, S2A), die dazu ausgebildet sind, die erste Anschlussklemme...Circuit arrangement for determining the load current by means of an inductive load (L) clocked to a supply voltage (Vbat), the circuit arrangement having the following features:
A current measuring impedance (30) connectable in series with the inductive load (L) and having first and second terminals (31, 32),
A measuring amplifier (20) having first and second inputs (21, 22) and an output (23),
- A level shifter assembly (40) having a first and a second input terminal (41, 42) and a first and a second output terminal (43, 44), which is adapted to a voltage applied to the first input terminal (41) potential to one to image a predetermined potential value of the shifted potential at the first output terminal (43) and to map a potential applied to the second input terminal (42) to a potential shifted by a predetermined potential value at the second output terminal (44),
- First switching means (S1A, S2A), which are adapted to the first terminal ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Ermittlung des Laststromes durch eine getaktet an eine Versorgungsspannung angelegte induktive Last.The The present invention relates to a circuit arrangement and a Method for determining the load current by a clocked at a supply voltage applied inductive load.
Es gibt unterschiedlichste Anwendungen, bei denen induktive Lasten, wie beispielsweise Elektromotoren oder elektrisch betätigbare Ventile, getaktet nach Maßgabe eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals an eine Versorgungsspannung angelegt werden, um dadurch die Stromaufnahme der Last zu regeln. Bei Elektromotoren kann über das Tastverhältnis der Pulsweitenmodulation und die davon abhängige Stromaufnahme beispielsweise die Drehzahl der Motoren geregelt werden. Zur geeigneten Ansteuerung der Last ist es dabei erforderlich, den die Last durchfließenden Laststrom zu erfassen.It There are many different applications where inductive loads, such as electric motors or electrically operated Valves, timed to specification a pulse width modulated drive signal to a supply voltage be created to thereby regulate the power consumption of the load. With electric motors can over the duty cycle the pulse width modulation and the dependent power consumption, for example the speed of the motors are regulated. For suitable control the load, it is necessary, the load current flowing through the load capture.
Bei der dargestellten Schaltungsanordnung kann eine Spannung Vm über der Messimpedanz Z abgegriffen werden, die nach dem ohmschen Gesetz über den Wert der Messimpedanz Z zu dem die Last L durchfließenden Strom in Beziehung steht. Bei geschlossenem Schalter S ist bei Vernachlässigung eines Spannungsabfalls über dem Schalter S diese Spannung Vm auf Bezugspotential GND bezogen und kann mittels eines einfachen Differenzverstärkers (nicht dargestellt) ausgewertet werden. Nach Öffnen des Schalters S wird die Messimpedanz Z weiter von einem Strom durchflossen, der nun jedoch über die Freilaufdiode D fließt. Die Messspannung Vm ist nun jedoch auf ein Potential bezogen, das um den Wert der Durchlassspannung der Diode D über dem Versorgungspotential Vbat liegt. Zur Auswertung solcher auf ein hohes Potential bezogener Messspannungen sind spezielle Verstärker, sogenannte Rail-to-Rail-Verstärker erforderlich, die in der Lage sind, Spannungen auszuwerten, die auf stark schwankende Bezugspotentiale bezogen sind. Derartige Verstärker sind allerdings aufwendig zu realisieren und deshalb kostenintensiv, weshalb man sich bislang vielfach darauf beschränkt, den Strom durch die induktive Last L nur während der Einschaltphase des Schalters S zu erfassen.at the illustrated circuit arrangement may have a voltage Vm across the Measuring impedance Z are tapped, which according to Ohm's law on the Value of the measuring impedance Z to the current flowing through the load L. in relationship. When switch S is closed, neglected a voltage drop over the switch S, this voltage Vm related to reference potential GND and can by means of a simple differential amplifier (not shown) evaluated become. After opening of the switch S, the measuring impedance Z is further traversed by a current, but now over the freewheeling diode D flows. The measuring voltage Vm is now related to a potential, the by the value of the forward voltage of the diode D above the supply potential Vbat lies. For the evaluation of such measuring voltages related to a high potential are special amplifiers, so-called rail-to-rail amplifiers required which are able to evaluate voltages that fluctuate greatly Reference potentials are related. However, such amplifiers are expensive To realize and therefore cost-intensive, which is why you so far often limited to the current through the inductive load L only during the switch-on of the To detect switch S
Die
Die
Die
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung und ein Verfahren zur Ermittlung des Laststromes durch eine getaktet an eine Versorgungsspannung angelegte induktive Last zur Verfügung zu stellen, die/das einfach und kostengünstig realisierbar ist und einen Strommesswert sowohl während der Einschaltphasen, bei denen die Last an der Versorgungsspannung anliegt, als auch während der Ausschaltphasen zur Verfügung stellt.aim It is the object of the present invention to provide a circuit arrangement and a method for determining the load current by a clocked to an inductive load applied to a supply voltage available which is easy and inexpensive to implement and a current reading both during the switch-on phases, during which the load is at the supply voltage is present, as well as during the switch-off phases available provides.
Dieses Ziel wird durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und durch ein Verfahren nach Anspruch 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This The object is achieved by a circuit arrangement according to claim 1 and by a method according to claim 4 solved. Advantageous embodiments The invention are the subject of the dependent claims.
Die Schaltungsanordnung zur Ermittlung des Laststromes durch eine getaktet an eine Versorgungsspannung angelegte induktive Last umfasst eine Strommessimpedanz, die in Reihe zu der induktiven Last anschließbar ist und die eine erste und eine zweite Anschlussklemme aufweist, und einen Messverstärker mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang. Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin eine Pegelschieberanordnung mit einer ersten und einer zweiten Eingangsklemme und einer ersten und einer zweiten Ausgangsklemme, die dazu ausgebildet ist, ein an der ersten Eingangsklemme anliegendes Potential auf ein um einen vorgegebenen Potentialwert verschobenes Potential an der ersten Ausgangsklemme abzubilden und ein an der zweiten Eingangsklemme anliegendes Potential auf ein um einen vorgegebenen Potentialwert verschobenes Potential an der zweiten Ausgangsklemme abzubilden. Die Schaltungsanordnung umfasst weiterhin erste Schaltmittel, die dazu ausgebildet sind, die erste Anschlussklemme der Strommessimpedanz wahlweise direkt oder unter Zwischenschaltung der Pegelschieberanordnung an einen ersten Eingang des Messverstärkers anzuschließen, und zweite Schaltmittel die dazu ausgebildet sind, die zweite Anschlussklemme der Strommessimpedanz wahlweise direkt oder unter Zwischenschaltung des Pegelschiebers an den zweiten Eingang des Messverstärkers anzuschließen.The circuit arrangement for determining the load current by an inductive load clocked to a supply voltage comprises a current measuring impedance, which is connectable in series to the inductive load and having a first and a second terminal, and a measuring amplifier having a first and second input and an output , The circuit arrangement further comprises a level shifter arrangement having first and second input terminals and first and second output terminals configured to apply a potential applied to the first input terminal to one given potential value shifted potential at the first output terminal and map a voltage applied to the second input terminal potential to a shifted by a predetermined potential value potential at the second output terminal. The circuit arrangement further comprises first switching means, which are designed to connect the first terminal of the current measuring impedance either directly or with the interposition of the level shifter assembly to a first input of the measuring amplifier, and second switching means are adapted to the second terminal of the current measuring impedance either directly or with interposition of the level shifter to connect to the second input of the measuring amplifier.
Die vorliegende Erfindung macht sich zu Nutze, dass eine über der Messimpedanz abgreifbare, von dem Strom durch die induktive Last abhängige Messspannung auf zwei unterschiedliche Potentiale bezogen ist, abhängig davon, ob die induktive Last an die Versorgungsspannung angeschlossen ist oder ob sich die Last im Freilaufbetrieb befindet. Aufgabe des Pegelschiebers ist es dabei, während eines dieser Betriebszustände, die an den Anschlussklemmen der Messimpedanz anliegenden Potentiale jeweils in gleicher Weise so zu verschieben, dass dem Messverstärker bei beiden Betriebszuständen ein Spannungssignal zugeführt ist, das in etwa auf das gleiche Potential bezogen ist. Somit kann zur Ermittlung des Laststromes während beider Betriebszustände ein einfacher Messverstärker verwendet werden, beispielsweise ein Differenzverstärker, der nicht dazu ausgebildet sein muss, Spannungen mit stark schwankendem Gleichspannungs-Offset auszuwerten, die auf stark schwankende Potentiale bezogen sind, bzw. die einen stark schwankenden Gleichspannungs-Offset aufweisen.The The present invention utilizes that one above the Measuring impedance tapped, from the current through the inductive load dependent measuring voltage is related to two different potentials, depending on whether the inductive load is connected to the supply voltage or if the load is in free-running operation. Task of the level shifter it is there while one of these operating states, the potentials applied to the connection terminals of the measuring impedance in each case in the same way to move so that the amplifier at both operating states supplied a voltage signal which is roughly related to the same potential. Thus, can for determining the load current during both operating states a simple amplifier be used, for example, a differential amplifier, the must not be trained to voltages with greatly fluctuating DC offset evaluate, which are related to strongly fluctuating potentials, or which have a strongly fluctuating DC offset.
Die Pegelschieberanordnung umfasst im einfachsten Fall zwei Spannungsquellen, die gleiche Spannungen liefern und die jeweils zwischen die Eingangsklemmen und die Ausgangsklemmen der Pegelschieberanordnung geschaltet sind.The Level shifter arrangement comprises in the simplest case two voltage sources, deliver the same voltages and each between the input terminals and the output terminals of the level shifter arrangement are connected.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Pegelschieberanordnung ein erstes und zweites kapazitives Speicherelement sowie dritte und vierte Schaltmittel aufweist. Die dritten Schaltmittel sind dabei dazu ausgebildet, das erste kapazitive Speicherelement wahlweise an eine Versorgungsspannung anzuschließen oder zwischen die erste Eingangsklemme und die erste Ausgangsklemme zu schalten, und die vierten Schaltmittel sind dazu ausgebildet, das zweite kapazitive Speicherelement wahlweise an die Versorgungsspannung anzuschließen oder zwischen die zweite Eingangsklemme und die zweite Ausgangsklemme zu schalten. Bei dieser Ausführungsform werden die kapazitiven Speicherelemente während der Betriebsphase, bei der die Anschlussklemmen der Messimpedanz unter Umgehung der Pegelschieberanordnung an den Messverstärker angeschlossen sind, über die Schaltmittel an die Versorgungsspannung angelegt, um sie aufzuladen. Während des Betriebszustandes, bei dem die Anschlussklemmen der Messimpedanz unter Zwischenschaltung der Pegelschieberanordnung an die Eingänge des Messverstärkers angeschlossen sind, werden die aufgeladenen kapazitiven Speicherelemente zwischen die Eingangsklemmen und Ausgangsklemmen der Pegelschieberanordnung geschaltet, um die oben erläuterte Potentialverschiebung zwischen den Potentialen an den Eingängen und den Ausgängen der Pegelschieberanordnung zu bewirken.at a further embodiment it is provided that the level shifter arrangement a first and second capacitive storage element and third and fourth switching means having. The third switching means are designed to the first capacitive storage element optionally to a supply voltage to join or between the first input terminal and the first output terminal to switch, and the fourth switching means are designed to the second capacitive storage element optionally to the supply voltage to join or between the second input terminal and the second output terminal to switch. In this embodiment be the capacitive storage elements during the operating phase, in the the terminals of the measuring impedance, bypassing the level shifter assembly to the measuring amplifier are connected, over the switching means is applied to the supply voltage to charge it. While the operating state in which the terminals of the measuring impedance with the interposition of the level shifter assembly to the inputs of measuring amplifier are connected, the charged capacitive storage elements between the input terminals and output terminals of the level shifter assembly switched to the one explained above Potential shift between the potentials at the inputs and the exits to effect the level shifter assembly.
Die Versorgungsspannung, auf die die kapazitiven Speicherelemente in der Pegelschieberanordnung aufgeladen werden, entspricht vorzugsweise der Versorgungsspannung, an die die in duktive Last, deren Laststrom zu erfassen ist, pulsweitenmoduliert angelegt wird.The Supply voltage to which the capacitive storage elements in the level shifter assembly are charged, preferably corresponds to Supply voltage, to which the inactive load, whose load current is to be detected, is applied pulse width modulated.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von Figuren näher erläutert.The The present invention will be described below in exemplary embodiments with reference to FIG Figures explained in more detail.
In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Schaltungskomponenten und Signale mit gleicher Bedeutung.In the figures, unless otherwise indicated, like reference numerals designate like circuit components and signals with the same Importance.
Die
in
Die
Schaltungsanordnung zur Erfassung des Laststromes umfasst einen
Messverstärker
Es
sei darauf hingewiesen, dass die Schaltmittel, die in
Der
in
Die
Funktionsweise der in
Zur
Ansteuerung der induktiven Last L wird der Schalter S5 nach Maßgabe des
pulsweitenmodulierten Signals
Während des
zweiten Betriebszustandes, wenn der Schalter S5 geöffnet ist,
ermöglicht
die Freilaufdiode D weiterhin einen Stromfluss zwischen den Anschlussklemmen
der induktiven Last L und damit über
die Messimpedanz
In
diesem zweiten Betriebszustand der Last werden die Messimpedanzklemmen
Die Ansteuerung der Schaltmittel S1A-S2B erfolgt beispielsweise nach Maßgabe des pulsweitenmodulierten Signals derart, dass sie bei geschlossenem Schalter S5 die Schalterstellung "1" und bei geöffnetem Schalter S5 die Schalterstellung "2" einnehmen.The Control of the switching means S1A-S2B takes place, for example proviso the pulse width modulated signal such that they are closed when Switch S5 the switch position "1" and when open Switch S5 to switch position "2".
Zum
besseren Verständnis
des zuvor erläuterten
Zusammenhangs veranschaulicht
Während des
ersten Betriebszustandes, wenn die Messimpedanzklemmen
Die
Ansteuerung der in den
Bei
einer Ausführungsform
eines Messverfahrens unter Verwendung der in den
Zur
Ansteuerung der Schalter zur Berücksichtigung
eines solchen Autokalibrierungsvorganges des Messverstärkers
- C1, C2C1, C2
- Kondensatorencapacitors
- DD
- FreilaufdiodeFreewheeling diode
- GNDGND
- Bezugspotentialreference potential
- LL
- induktive Lastinductive load
- S1A, S2AS1A, S2A
- erste Schaltmittelfirst switching means
- S1B, S2BS1B, S2B
- zweite Schaltmittelsecond switching means
- S3A, S4AS3A, S4A
- dritte Schaltmittelthird switching means
- S3B, S4BS3B, S4B
- vierte Schaltmittelfourth switching means
- S6A, S6BS6A, S6B
- Schaltmittelswitching means
- VbatVbat
- Versorgungsspannung, VersorgungspotentialSupply voltage, supply potential
- VoutVout
- MessverstärkerausgangssignalMeasuring amplifier output
- 1010
- PulsweitenmodulatorPulse width modulator
- 1111
- pulsweitenmoduliertes Signalpulse-width modulated signal
- 2020
- Messverstärkermeasuring amplifiers
- 2323
- MessverstärkerausgangMeasuring amplifier output
- 30, R30 R
- Messimpedanzmeasuring impedance
- 4040
- Pegelschieberlevel shifter
- 21, 2221 22
- MessverstärkereingängeMeasuring amplifier inputs
- 31, 3231 32
- MessimpedanzanschlüsseMeasuring impedance terminals
- 41, 4241 42
- PegelschiebereingängeLevel shifter inputs
- 43, 4443 44
- PegelschieberausgängeLevel shifter outputs
- 45, 4645, 46
- Spannungsquellenvoltage sources
Claims (6)
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